JP7433256B2 - フォトンカウンティングｃｔ装置、および、物質弁別マップの補正方法 - Google Patents
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Description
本発明は、フォトンカウンティング（ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）モードを有するＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置（以下、ＰＣＣＴ装置と呼ぶ。）に係り、特に、ＰＣＣＴ装置における低エネルギー側の統計ノイズ抑制のための技術に関する。
Ｘ線ＣＴ装置は、被写体を挟んで対向配置されたＸ線管とＸ線検出器の対の位置関係を保った状態で被写体の周囲を回転させながら、被写体のＸ線透過データを得、その断層画像（以下、ＣＴ画像とする）を計算により再構成する装置であり、工業用およびセキュリティ用の検査装置や医療用の画像診断装置等として用いられる。
医療用のＸ線ＣＴ装置には、フォトンカウンティングモードを搭載したＰＣＣＴ装置が研究・開発中である。ＰＣＣＴ装置では、フォトンカウンティング方式の検出器により、被写体を透過したＸ線の光子（Ｘ線フォトン）を検出素子毎にカウントする。これにより、例えば、Ｘ線が透過した被写体の内部組織を構成する元素を推定可能なスペクトラムを得、被写体の組織の物質弁別を行ったＸ線ＣＴ画像を得ることができる（特許文献１参照）。
また、ＰＣＣＴ装置では、カウントした個々のＸ線フォトンをエネルギー値で弁別することにより、エネルギー帯域（エネルギービン（bin））毎の、Ｘ線強度を得ることができる。これを利用し、ＰＣＣＴ装置では、特定のエネルギー範囲のＸ線のみを抽出して画像化し、診断に用いることがある。
一方、特許文献２には、ＰＣＣＴ装置における物質弁別の精度を向上させるために、フォトンを検出する検出器の非線形な応答に起因する検出データを演算により算出する発明が開示されている。そして、算出した非線形応答のデータを、検出器が実際に検出したデータから差し引き、差し引いた後の検出データを用いて物質弁別を行う。
ＰＣＣＴ装置では、Ｘ線検出素子がカウントしたエネルギー帯域ごとのデータに対して、補正処理を実施する。例えば、リファレンス補正回路のリニアリティ補正、対数変換処理の補正、オフセット処理の補正、感度補正、ビームハードニング補正、水ファントムキャリブレーション、ＣＴ値補正などを行う。この補正のために用いる補正データは、被写体を配置せず、空気に対してＸ線を照射し、検出素子によりエネルギー帯域ごとにカウントされたデータ（Airデータ）を得て、このデータに基づいて算出される。通常は、ＰＣＣＴ装置を出荷する前やメンテナンスの際に、Airデータを得て、補正データを決定している。
しかしながら、上記Airデータは、補正データ算出時と、実際の被検体の撮影時とで、ずれが生じ、ずれが生じているAirデータに基づき算出された補正データを用いて、被検体撮影時に得たカウントデータを補正すると、物質弁別の精度が低下するという問題がある。発明者らは、撮像日によってAirデータにずれが生じる原因は、Ｘ線管の発生するＸ線のスペクトルが、Ｘ線管の発生する熱や気温や経年変化等によって変化することにあることに気づいた。
特許文献２は、非線形応答のデータを演算により求めて、検出データから差し引いているが、熱等によるＸ線のスペクトルの変化は、ＰＣＣＴ装置の設置場所の気温や電源を入れてからの時間等によりも影響を受けるため、演算により精度よく算出することは容易ではない。
本発明の目的は、ＰＣＣＴ装置においてＸ線スペクトルの変化が生じても、精度よく物質弁別を行うことにある。
上記目的を達成するために、本発明では、以下のようなフォトンカウンティング装置を提供する。すなわち、本フォトンカウンティング装置は、撮撮像空間にＸ線を照射するＸ線管と、撮像空間を通過した複数のＸ線フォトンをそのエネルギーレベルに応じて複数のエネルギー帯域ごとに計数するＸ線検出器と、２種以上の物質のそれぞれの厚さを複数種類に異ならせてそれらを組み合わせたものについて予め求めておいた、複数のエネルギー帯域の計数値を示す物質弁別マップを格納するマップ格納部と、撮像空間に被写体が配置された状態でＸ線検出器が複数のエネルギー帯域について計数した計数値に対応する２種以上の物質の厚さの組み合わせを、物質弁別マップを参照して求める物質弁別部と、物質弁別マップを補正するマップ補正部とを有する。マップ補正部は、撮像空間に被写体を配置しない状態、および／または、Ｘ線管から照射されたＸ線が通過する位置に１種以上の補正用物質を配置した状態で、Ｘ線管からＸ線を照射して複数のエネルギー帯域ごとＸ線フォトンを計数して補正用計数値を実測し、補正用計数値に基づいて物質弁別マップの計数値を補正する。
本発明によれば、ＰＣＣＴ装置においてＸ線スペクトルの変化が生じても、マップ補正部が補正用計数値を取得して、マップの計数値を補正するため、精度よく物質弁別を行うことができる。
本発明の実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置の例を以下説明する。以下、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
＜＜実施形態１＞＞
以下、本実施形態１のＰＣＣＴ装置の概要について、図１を用いて説明する。
以下、本実施形態１のＰＣＣＴ装置の概要について、図１を用いて説明する。
本実施形態では、被写体１０１の撮像時点のＸ線による計数値を、所定の条件下で実測し、実測した計数を用いて、物質弁別に用いるマップ（ここではテーブル）４１０を補正する。これにより、Ｘ線管３１１や周囲の構成物が、Ｘ線管３１１の温度上昇の影響等を受けて、Ｘ線のスペクトルに変化が生じている場合も、精度よく物質弁別できる。
本実施形態のＰＣＣＴ装置は、図１にその全体構成を示したように、撮像空間１０３にＸ線を照射するＸ線管３１１と、Ｘ線検出器３２１と、回転部（回転板）３３２と、マップ格納部４０９と、物質弁別部４０８と、マップ補正部４０４とを有する。
Ｘ線管３１１は、陰極と陽極とを、真空の管内に配置した構成である。陰極から発生した熱電子が、回転する陽極に衝突し、Ｘ線を発生する。
Ｘ線検出器３２１は、配列された複数の検出素子（チャンネルＣｈ１～ｎ）と計数回路とを含み、撮像空間１０３を通過した複数のＸ線フォトンをそのエネルギーレベルに応じて、複数のエネルギー帯域（ｂｉｎ１～ｋ）ごとに図２のように計数する。
回転部３３２は、Ｘ線管３１１とＸ線検出器３２１とを撮像空間１０３の周囲で回転させる。
マップ格納部４０９には、物質弁別処理に用いられる物質弁別マップ４１０が格納されている。物質弁別マップ４１０は、その一例を図３に示すように、弁別したい２種以上の物質（ここでは、骨と脂肪）のそれぞれの厚さ（Ｘ線が通過する長さ）を複数種類用意して、それらを組み合わせたものを、Ｘ線管３１１とＸ線検出器３２１との間に配置した場合に、Ｘ線検出器３２１が複数のエネルギー帯域（ｂｉｎ１～ｋ）について計数する計数値を、実測または計算により、予め求めたマップである。マップ４１０として、ここでは図３に示すようにテーブルを用いるが、グラフや数式等でマップ４１０を表すことも可能である。
物質弁別部４０８は、撮像空間１０３に被写体１０１が配置された状態で、Ｘ線検出器３２１が複数のエネルギー帯域について計数した計数値に対応する、２種以上の物質の厚さ（透過距離）の組み合わせを、マップ４１０を参照して求める。
マップ補正部４０４は、被写体１０１の撮像前、撮像後または装置のスイッチを入れたタイミング等所望のタイミングにおいて、撮像空間１０３に被写体１０１を配置しない空の状態（図４（ａ））、および／または、Ｘ線管３１１とＸ線検出器３２１との間に１種以上の補正用物質１０４を配置した状態（図４（ｂ））で、Ｘ線管３１１からＸ線を照射して複数のエネルギー帯域ごとに計数して補正用計数値４１２（図５（ｂ））を取得する。マップ補正部４０４は、取得した補正用計数値４１２に基づいて、物質弁別マップ４１０の計数値を補正する。
ここでいう１種以上の補正用物質１０４とは、元素または組成が異なる１種類以上の物質、または、形状が異なる１以上の物体をいう。
補正用物質１０４の元素または組成は、物質弁別マップ４１０の物質（例えば骨と脂肪）と同じ物質であってもよいし、異なる物質でもよい。なお、補正用物質１０４の元素または組成が、物質弁別マップ４１０の物質とは異なる場合、補正用物質１０４について複数のエネルギー帯域ごとに計数される補正用計数値４１１（図５（ａ）、図６（ａ））と、物質弁別マップ４１０の物質について複数のエネルギー帯域ごと計数される計数値（物質弁別マップ４１０の計数値）（図３、図６（ｃ））との関係６１を予め同じＸ線スペクトルにより計測しておく。マップ補正部４０４は、この関係６１を用いて、補正用計数値４１２又は４１２－１（図５（ｂ）または図６（ｂ））に基づいて、物質弁別マップ４１０（図３，図６（ｃ））の計数値を補正し、補正後の物質弁別マップ４１０－１（図６（ｄ））を作成することができる。
例えば、図５（ａ）、（ｂ）および図６（ａ），（ｂ）のように、アルミ（Ａｌ）とアクリルの板のうちの少なくとも一方を補正用物質１０４として用いることができる。
また、補正用物質１０４の元素または組成が、物質弁別マップ４１０の物質とは異なる場合、マップ格納部４０９には、物質弁別マップ４１０を作成した時点と同時点で作成された事前生成補正用物質マップ４１１（図５（ａ）、図６（ａ））が格納されていることが望ましい。事前生成補正用物質マップ４１１は、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、２種類以上の補正用物質（Ａｌとアクリル）１０４のそれぞれの厚さを複数種類に異ならせて、それらを組み合わせたものを、Ｘ線管３１１とＸ線検出器３２１との間に配置した場合に、Ｘ線検出器３２１が複数のエネルギー帯域（ｂｉｎ１～ｋ：図５（ａ）、図６（ａ）ではｋ＝３）について計数する計数値を、実測または計算により、予め求めたマップである。事前生成補正用物質マップ４１１は、ＰＣＣＴ装置の出荷前や、Ｘ線管３１１やＸ線検出器３２１の交換時に、サービスマンによって生成され、マップ格納部４０９に格納される。
マップ補正部４０４は、現時点において補正用計数値４１２(図５（ｂ））を実測することにより、例えばマップ（以下、現時点の補正用物質マップ４１２と呼ぶ）を生成することが望ましい。現時点の補正用物質マップ４１２は、事前生成の補正用物質マップ４１１と同様に、２種類以上の補正用物質（Ａｌとアクリル）１０４の厚さを複数種類に変えてそれらを組み合わせたものについて得られるエネルギー帯域ごとの計数値のマップであり、現時点において少なくとも一部の計数値を実測することによって生成するため、現時点のＸ線スペクトルを計数値に反映することができる。
例えば、現時点の補正用物質マップ４１２の少なくとも２か所の組み合わせ（テーブルの２か所の欄）についてエネルギー帯域ごとの補正用計数値を実測する。具体的には例えば、撮像空間１０３に被写体１０１を配置しない空の状態（図４（ａ））で実測したエネルギー帯域ごとの補正用計数値を、図５（ｂ）のマップ４１２の２種類の補正用物質（Ａｌとアクリル）１０４の厚さがいずれも０ｃｍの欄の補正用計数値として用いる。また、補正用物質１０４である厚さ１０ｃｍのアクリルのみを配置した状態（図４（ｂ））で実測したエネルギー帯域ごとの補正用計数値を、図５（ｂ）のマップ４１２において、アクリルの厚さ１０ｃｍとＡｌの厚さ０ｃｍの組み合わせの欄の補正用計数値として用いる。
このようにマップ補正部４０４は、図５（ｂ）の現時点の補正用物質マップ４１２の少なくとも２か所（図５（ｂ）では３か所を計測）について補正用計数値を実測により得た後、図５（ａ）のように事前生成の補正用物質マップ４１１（図５（ａ））を参照することにより、図５（ｂ）の現時点の補正用物質マップ４１２の残りの空欄の計数値を、補間または外挿により算出する。
マップ補正部４０４での計算の一例を示す。図５（ａ）のマップの欄の値を Ａk_ac#x_al#y と表す。kは、bin番号(図では1-3)、ac#xのxは、アクリルのＸ線通過方向の長さ(mm)、al#yのyは、アルミニウムのＸ線通過方向の長さ(mm)である。また、図５（ｂ）のマップの欄の値を同様にＢk_ac#x_al#y と示す。さらに図５（ｂ）のマップで未計測の欄の値をＣk_ac#x_al#yとする。例として図５（ｂ）のアクリル50mm、アルミニウム0mmの位置の値Ｃは、下記の式（１）により求めることができる。
Ｃk_ac#50_al#0 ＝Ａk_ac#50_al#0×
(Ｂk_ac#100_al#0/Ａk_ac#100_al#0＋Ｂk_ac#0_al#0/Ａk_ac#0_al#0)/2 …式(1)
Ｃk_ac#50_al#0 ＝Ａk_ac#50_al#0×
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このように現時点で計測した位置の情報から内挿で演算可能な位置は内挿で求め、そうでない場合は外挿してＡとＢの比率を計算し、その結果を、Ａのもともとの値に乗じることで補正する。
これにより、現時点の全点補正用物質マップ４１０（図５（ｃ））を生成することができる。得られた図５（ｃ）の現時点の全点補正用物質マップ４１２－１は、現時点のＸ線スペクトルを反映している。
よって、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、現時点の補正用物質マップ４１２－１（図６（ｂ））と、事前生成の補正用物質マップ４１１（図６（ａ））とを比較することで、その間のＸ線スペクトルの変化を計数値の変化として把握することができる。このＸ線スペクトルの変化に応じて、図６（ｃ）の物質弁別マップ４１０の計数値を補正することにより、Ｘ線スペクトルの変化に対応した物質弁別マップ４１０－１（図６（ｄ））を得ることができる。
物質弁別マップ４１０の計数値を補正して、補正後の物質弁別マップ４１０－１を生成する方法を図６を用いて説明する。
まず、図６（ｃ）の物質弁別マップ４１０のそれぞれの位置（例えば脂肪５０ｍｍ，骨２ｍｍ）が、図６（ａ）の事前生成の補正用物質マップ４１１においてどの位置（アクリルとアルミニウムの割合）になるかを計算により求める。計算方法は、図６（ｃ）の物質弁別マップ４１０から脂肪５０ｍｍ、骨２ｍｍを透過したそれぞれの信号の各ｂｉｎの減弱結果が得られているので、その減弱結果の比を求め、その比と一致する減弱結果が得られる点を、図６（ａ）の事前生成の補正用物質マップ４１１において探す。ただし、完全に一致することは無いため、誤差を含むことになるが、その誤差が最小となる点を求める。最小の誤差は、例えばそれぞれのbinのカウントの差を２乗して足した２乗和が最小となる場所という定義を用いる。それにより求めた図６（ａ）の事前生成の補正用物質マップ４１１上の位置について補正値を、
補正値＝（図６（ｂ）の現時点の全点補正用物質マップ４１２－１の対応する位置の計数値）/（図６（ａ）の事前生成の補正用物質マップ４１１のその位置の計数値）
を計算することにより求める。その補正値を、図６（ｃ）の物質弁別マップ４１０の該当位置の値に乗算する。これを繰り返し、異なる物質の場合の補正後の物質弁別マップ４１０－１（図６（ｄ））を作成する。
補正値＝（図６（ｂ）の現時点の全点補正用物質マップ４１２－１の対応する位置の計数値）/（図６（ａ）の事前生成の補正用物質マップ４１１のその位置の計数値）
を計算することにより求める。その補正値を、図６（ｃ）の物質弁別マップ４１０の該当位置の値に乗算する。これを繰り返し、異なる物質の場合の補正後の物質弁別マップ４１０－１（図６（ｄ））を作成する。
物質弁別部４０８は、補正後の物質弁別マップ４１３を用いて、被写体の計数値に対して物質弁別を行う。
したがって、本実施形態のＰＣＣＴ装置では、Ｘ線管３１１の温度上昇等により、照射するＸ線スペクトルの変化が生じても、マップ補正部４０４が補正用計数値を取得して、物質弁別マップ４１０の計数値を補正するため、物質弁別部４０８は、精度よく物質弁別を行うことができる。
なお、マップ補正部４０４は、現時点の補正用物質マップ４１２を生成するために、撮像空間１０３に被写体１０１を配置しない空（Air)の状態と、Ｘ線管３１１とＸ線検出器３２１との間に所定の厚さの第１の補正用物質（例えばAl）を配置した状態と、Ｘ線管とＸ線検出器との間に所定の厚さの第２の補正用物質(アクリル）を配置した状態の３つの状態においてそれぞれ、Ｘ線管３１１からＸ線を照射して、複数のエネルギー帯域ごとに計数して補正用計数値を実測してもよい。マップ補正部４０４は、３つの状態においてそれぞれ実測した補正用計数値を用いて、物質弁別マップ４１０の計数値を補正する。
＜詳細な構成＞
以下、本実施形態のＰＣＣＴ装置１００についてさらに詳しく説明する。図１に示すように、本実施形態のＰＣＣＴ装置１００は、計測部３００と、演算部４００と、ＵＩ部２００とを備えている。
以下、本実施形態のＰＣＣＴ装置１００についてさらに詳しく説明する。図１に示すように、本実施形態のＰＣＣＴ装置１００は、計測部３００と、演算部４００と、ＵＩ部２００とを備えている。
計測部３００は、演算部４００による制御に従って、被写体１０１にＸ線を照射し、被写体１０１を透過したＸ線フォトンを計測する。計測部３００は、Ｘ線管３１１とＸ線検出部３２０の他に、ガントリ３３０と、制御部３４０と、被写体１０１を載置するテーブル１０２とを備えている。制御部３４０は、照射制御器３４１、ガントリ制御器３４２、テーブル制御器３４３および検出制御器３４４を含む。
ガントリ３３０の中央には、開口３３１が設けられ、開口３３１内に被写体１０１とテーブル１０２が配置される。ガントリ３３０の内部には、Ｘ線管３１１およびＸ線検出器３２１を搭載した回転板３３２と、回転板３３２を回転させるための駆動機構（不図示）が配置されている。回転板３３２が所定角度回転すると、ガントリ制御器３４２は検出制御器３４４に信号を出力し、検出制御器３４４はＸ線検出部３２０に信号を出力し、Ｘ線検出器３２１の計数回路が計数データを１角度分のデータとして出力する。なお、一例としてガントリ３３０の開口部３３１の直径は、７００ｍｍである。Ｘ線管３１１のＸ線発生点と、Ｘ線検出器３２１のＸ線入射面との距離は、例えば１０００ｍｍである。
回転板３３２の１回転の所要時間は、ユーザがＵＩ部２００を介して入力したパラメータによって設定される。例えば、１．０ｓ／回転とし、１回転における撮像回数を９００回に設定することができる。なお、本明細書において、開口部３３１の周方向をｘ方向、径方向をｙ方向とする。ｚ方向（被写体１０１の体軸方向）はｘ方向、径方向をｙ方向に直交する方向である。
Ｘ線管３１１と撮像空間１０３との間に、Ｘ線スペクトルを調節するＸ線フィルタ３１２と、周辺部の被ばく量を抑えるボウタイ（ｂｏｗｔｉｅ）フィルタ３１３が配置され、Ｘ線照射部３１０を構成している。Ｘ線管３１１には、照射制御器３４１の制御下で高電圧が供給される。
Ｘ線検出器３２１は、複数の検出素子を配列した構成である。複数のＸ線検出器３２１を円弧状に配置し、Ｘ線検出部３２０が構成されている。図４（ａ）～（ｃ）のように、Ｘ線検出器３２１の入射面側には、Ｘ線の入射射方向を制限するコリメータ３２３が立設されている。Ｘ線検出器３２１を構成する検出素子は、半導体素子を用いる。なお、検出素子のｘ方向のサイズは、例えば、１ｍｍである。
演算部４００は、ＰＣＣＴ装置１００の動作全体を制御し、計測部３００で取得したデータを処理することにより、撮像を実行する。演算部４００は、中央処理装置（ＣＰＵ）４０１と、メモリ４０２と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）装置４０３と、を備える。演算部４００は、図７にその機能ブロック図を示したように、マップ補正部４０４と、撮像部４０５と、計数データ補正部４０６と、物質弁別部４０８と、画像生成部４０７の機能を有する。
ＣＰＵ４０１は、ＨＤＤ装置４０３に予め格納しておいたプログラムをメモリ４０２にロードして実行することにより、上記各機能をソフトウエアにより実現する。なお、演算部４００の全部または一部の機能は、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積回路などにより実現してもよい。
撮像部４０５は、ＣＴ撮像やスキャノグラム等の撮像を実行させる。計数値データ補正部４０６は、エネルギー帯域ごとに収集した計数値データに対し、補正処理を実施する。ここで行う補正処理は、例えば、リファレンス補正回路のリニアリティ補正、対数変換処理、オフセット処理、感度補正、ビームハードニング補正、水ファントムキャリブレーション、ＣＴ値補正などである。
物質弁別部４０８は、計数値データ補正部４０６による補正後の計数値データから被写体１０２を構成する物質の透過距離（例えば、骨１ｃｍと脂肪５ｃｍ）に変換する。
画像生成部４０７は、物質弁別部４０８の変換結果を用いて、骨だけを抽出した画像や、脂肪だけを抽出した画像や、特定のエネルギー帯域のＸ線を照射したＣＴ画像を仮想的に再構成する。
ＨＤＤ装置４０３には、処理に用いるデータや、処理の結果のデータ等が保存される。
ＵＩ部２００は、キーボード、マウス等の入力装置２１０と、表示装置等の出力装置２２０とを備え、ユーザから物質弁別マップ４１０を補正するタイミングや、出力したい画像の種類や、撮像条件等を受け付けて演算部４００に出力する。撮像条件は、例えば、Ｘ線管３１１の管電流、管電圧、被写体１０１の撮像範囲等である。
次に、演算部４００による撮像処理について図８のフローを用いて説明する。
＜ステップＳ１１０１＞
まず、マップ補正部４０４は、現在時点が、予め定められた物質弁別マップ４１０の補正を行うタイミングであるかどうかを判断し、マップ補正のタイミングである場合、ステップ１１０２に進む（ステップＳ１１０１）。マップ補正のタイミングでない場合、ステップＳ１１０４に進む。
まず、マップ補正部４０４は、現在時点が、予め定められた物質弁別マップ４１０の補正を行うタイミングであるかどうかを判断し、マップ補正のタイミングである場合、ステップ１１０２に進む（ステップＳ１１０１）。マップ補正のタイミングでない場合、ステップＳ１１０４に進む。
ここで、予め定められたマップ補正のタイミングとは、ユーザが設定したタイミングであり、撮像前、撮像の途中、撮像後、および、朝スイッチを入れたタイミング等が設定可能である。
＜ステップＳ１１０２＞
物質弁別マップ４１０の補正を行うタイミングである場合、マップ補正部４０４は、現時点で２種類の補正用物質（Ａｌとアクリル）１０４について計数値を実測し補正用物質マップ４１２を生成する。
物質弁別マップ４１０の補正を行うタイミングである場合、マップ補正部４０４は、現時点で２種類の補正用物質（Ａｌとアクリル）１０４について計数値を実測し補正用物質マップ４１２を生成する。
具体的なステップＳ１１０２を図９のフローを用いてさらに説明する。
（ステップＳ２００１）
マップ補正部４０４は、撮像空間１０３に被写体１０１を配置しない空の状態（Ａｉｒ）で、図４（ａ）のようにＸ線管３１１からＸ線を照射し、複数のエネルギー帯域ごとの補正用計数値を検出器３２１で実測する。
マップ補正部４０４は、撮像空間１０３に被写体１０１を配置しない空の状態（Ａｉｒ）で、図４（ａ）のようにＸ線管３１１からＸ線を照射し、複数のエネルギー帯域ごとの補正用計数値を検出器３２１で実測する。
（ステップＳ２００２）
マップ補正部４０４は、Ｘ線管３１１と撮像空間１０３との間に、補正用物質１０４である１０ｃｍのアクリル板のみを配置するようユーザに促す表示を出力装置（表示装置）２２０に表示させ、ユーザがアクリル板を配置したならば、その状態（図４（ｂ））でＸ線管３１１からＸ線を照射し、複数のエネルギー帯域ごとの補正用計数値４１２を検出器３２１で実測する。
マップ補正部４０４は、Ｘ線管３１１と撮像空間１０３との間に、補正用物質１０４である１０ｃｍのアクリル板のみを配置するようユーザに促す表示を出力装置（表示装置）２２０に表示させ、ユーザがアクリル板を配置したならば、その状態（図４（ｂ））でＸ線管３１１からＸ線を照射し、複数のエネルギー帯域ごとの補正用計数値４１２を検出器３２１で実測する。
（ステップＳ２００３）
ステップＳ２００１、Ｓ２００２で得た計数値を、補正用物質（Ａｌとアクリル）１０４の現時点の補正用物質マップ４１２の、厚さがいずれも０ｃｍの欄と、アクリルの厚さ１０ｃｍとＡｌの厚さ０ｃｍの組み合わせの欄の補正用計数値として用い、残りの空欄の計数値を、補間および外挿により算出する。これにより、現時点の補正用物質マップ４１２が生成される（図５（ｂ））。
ステップＳ２００１、Ｓ２００２で得た計数値を、補正用物質（Ａｌとアクリル）１０４の現時点の補正用物質マップ４１２の、厚さがいずれも０ｃｍの欄と、アクリルの厚さ１０ｃｍとＡｌの厚さ０ｃｍの組み合わせの欄の補正用計数値として用い、残りの空欄の計数値を、補間および外挿により算出する。これにより、現時点の補正用物質マップ４１２が生成される（図５（ｂ））。
＜ステップＳ１１０３＞
マップ補正部４０４は、生成した現時点の補正用物質マップ４１２（図５（ｂ））と、事前生成の補正用物質マップ４１１（図５（ａ））とを比較し、比較結果に応じて、物質弁別マップ４１０（図３、図６（ｃ））の計数値を補正する。
マップ補正部４０４は、生成した現時点の補正用物質マップ４１２（図５（ｂ））と、事前生成の補正用物質マップ４１１（図５（ａ））とを比較し、比較結果に応じて、物質弁別マップ４１０（図３、図６（ｃ））の計数値を補正する。
＜ステップＳ１１０４、Ｓ１１０５＞
撮像部４０５は、ユーザから撮像開始の指示を、ＵＩ部２００を介して受け取ったならば、ステップＳ１１０５に進み、図４（ｃ）に示すように、撮像範囲１０３に配置されている被写体１０１にＸ線管３１１からＸ線を照射し、Ｘ線検出器３２１により複数のエネルギー帯域について計数値を計測する。
撮像部４０５は、ユーザから撮像開始の指示を、ＵＩ部２００を介して受け取ったならば、ステップＳ１１０５に進み、図４（ｃ）に示すように、撮像範囲１０３に配置されている被写体１０１にＸ線管３１１からＸ線を照射し、Ｘ線検出器３２１により複数のエネルギー帯域について計数値を計測する。
＜ステップＳ１１０６＞
物質弁別部４０８は、ステップＳ１１０５において取得した被写体１０１についての係数に対応する、２種以上の物質の厚さ（透過距離）の組み合わせを、ステップＳ１１０３で補正された物質弁別マップ４１０を参照して求める。
物質弁別部４０８は、ステップＳ１１０５において取得した被写体１０１についての係数に対応する、２種以上の物質の厚さ（透過距離）の組み合わせを、ステップＳ１１０３で補正された物質弁別マップ４１０を参照して求める。
＜ステップＳ１１０６、Ｓ１１０７＞
画像生成部４０７は、ステップＳ１１０６で物質弁別部４０８が求めた物質の透過距離に基づいて、所望の物質（例えば骨だけ、脂肪だけ）を抽出した画像や、特定のエネルギー（例えば６０ｅＶ）のＸ線を照射した場合のＸ線ＣＴ画像を演算により生成する。画像生成部４０７は、生成した画像を出力部２２０に表示させる。
画像生成部４０７は、ステップＳ１１０６で物質弁別部４０８が求めた物質の透過距離に基づいて、所望の物質（例えば骨だけ、脂肪だけ）を抽出した画像や、特定のエネルギー（例えば６０ｅＶ）のＸ線を照射した場合のＸ線ＣＴ画像を演算により生成する。画像生成部４０７は、生成した画像を出力部２２０に表示させる。
本実施形態では、Ｘ線スペクトルがＸ線管３１１の温度上昇等に起因して変化した場合であっても、現時点の計数値の変化を実測し、物質弁別マップを補正するため、物質弁別の精度を向上させることができる。よって、医師は、精度よく物質弁別された画像を見て診断を行うことができる。
＜＜実施形態２＞＞
実施形態２のＰＣＣＴ装置について説明する。
実施形態２のＰＣＣＴ装置について説明する。
実施形態２では、補正用物質１０４として、被写体１０１と減弱がほぼ同じとなる円筒状の樹脂製ファントムを用いる。例えば、ポリエチレン製の円筒状のファントムを用いる。
マップ補正部４０４は、実施形態１の図９のフローのステップS２００１で、撮像範囲１０３に被写体１０１を配置しない空の状態（Air)で計数値を実測した後、ステップS２００２で撮像範囲１０３に円筒状のファントムを配置して、計数値を実測する。マップ補正部４０４は、ステップＳ２００３において、被写体１０１を配置しない空の状態で実測した計数値データと、円筒状の樹脂製ファントムを配置して実測した計数値データの２つを要素とする現時点の補正用物質マップ４１２を生成する。
事前生成の補正用物質マップ４１１も、同様に、空の状態（Air)と、円筒状のファントムを配置した状態の計数値を実測したものの２つを要素とするマップを生成しておく。
図８のステップＳ１１０２において、マップ補正部４０４は、現時点の補正用物質マップ４１２と事前生成の補正用物質マップ４１１の差に基づいて、物質弁別マップ４１０を補正し、補正後の物質弁別マップ４１３を得る。
他の構成、処理動作および効果は、実施形態１と同様である。
＜＜実施形態３＞＞
実施形態３のＰＣＣＴ装置について図１０（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
実施形態３のＰＣＣＴ装置について図１０（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
実施形態１および２のＰＣＣＴ装置では、Ｘ線検出器３２１によって、補正用計数値を実測する構成であったが、実施形態３では、マップ補正部４０４は、Ｘ線検出器３２１とは別に参照用検出器９０２をさらに備え、参照用検出器９０２により補正用計数値を実測する。
参照用検出器９０２は、図１０（ａ）に示すように、Ｘ線源３１１から照射されＸ線であって、撮像範囲１０３の外側を通過するＸ線が到達する位置に配置されている。したがって、参照用検出器９０２により、補正用計測値を実測することにより、被写体の撮像中であっても、補正用計測を実測することができ、リアルタイムで物質弁別マップ４１０（図３、図６（ｃ））を補正することが可能になる。
また、参照用検出器９０２は、撮像範囲１０３の外側にあるため、参照用検出器９０２とＸ線源３１１との間に何も配置しなければ、Ａｉｒの状態での計数値が得られ、参照用検出器９０２の前に所定の厚さの補正用物質１０４を配置すれば、その補正用物質１０４の計数値が得られる。よって、図１０（ｂ）のように、複数の検出素子９０２－１～９０２－３を備える参照用検出器９０２を用い、検出素子９０２－１の前に何も配置せず、検出素子９０２－１，９０２－３の前には予め厚さまたは物質が異なる補正用物質１０４－１，１０４－２をそれぞれ配置しておくことにより、一度にＡｉｒと、２種類の補正用物質についての補正用計数値を得ることができる。よって、現時点の補正用物質マップ４１２を素早く生成することができる。
また、参照用検出器９０２は、撮像範囲１０３の外側に配置されているため、配置したまま被写体１０１撮像ができるため、ユーザに補正用物質１０４をＸ線源３１１が通過する位置に着脱してもらう必要がなく、自動で、物質弁別マップ４１０の補正を行うことができるというメリットもある。
さらに、参照用検出器９０２は被写体外に位置するため被写体１０１の影響を受けない。それを利用し、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように被写体を透過したＸ線を検出する検出器３２１の端部を参照用検出器９０２として用いることも可能である。この場合、検出器３２１と検出器９０２を一体化できるというメリットがある。
なお、本実施形態においては、事前生成の補正用物質マップ４１１も、その計数値が参照用検出器９０２によって検出されたものを用いることが望ましい。
他の構成は、実施形態１と同様であるので、説明を省略する。
＜＜実施形態４＞＞
実施形態４のＰＣＣＴ装置について図１２を用いて説明する。
実施形態４のＰＣＣＴ装置について図１２を用いて説明する。
実施形態１～３のＰＣＣ装置では、マップ補正部４０４は、補正用計数値を実測した後、演算により現時点の補正用物質マップ４１２を生成し、さらに物質弁別マップ４１０を補正する構成であったが、実施形態４では、マップ補正部４０４は、学習済みの学習モデル９２０を用い、実測した補正用計数値を学習モデル９２０に入力し、直接補正後の物質弁別マップ４１３を出力として得る。学習モデル９２０は公知のものを用いることが可能であり、例えばニューラルネットワークを用いることができる。
学習モデル９２０の学習には、実施形態１，２の方法でそれぞれ求めた補正用計数値を入力データとして、補正後の物質弁別マップ４１３を正解データとして用い、機械学習やディープラーニングにより事前に十分学習させればよい。
これにより、マップ補正部４０４は、補正用計数値を実測して、学習モデル９２０に入力するのみで、補正後の物質弁別マップ４１３を得ることができるため、短時間に精度よく、物質弁別マップ４１０の補正を行うことができる。
マップ補正部４０４が学習モデル９２０に入力する補正用計数値は、１以上であればよく、例えば、撮像範囲１０３の被写体を配置しない空の状態（Ａｉｒ）で実測した、複数のエネルギー帯域の計数値のみでもよいし、さらに１種以上の補正用物質１０４を配置して実測した計数値を入力してもよい。
なお、学習済み学習モデルの出力させるデータを、物質弁別マップ４１０ではなく、現時点の補正用物質マップ４１２にすることも可能である。この場合、マップ補正部４０４は、得られた補正用物質マップ４１２を用いて、実施形態１と同様の処理により物質弁別マップ４１０を補正し、補正後の物質弁別マップ４１３を得ればよい。
実施形態３において、マップ補正部４０４が補正後の物質弁別マップ４１３を得る処理以外の構成、処理動作および効果は、実施形態１および２と同様であるので、詳細な説明を省略する。
１００：ＰＣＣＴ装置、１０１：被写体、１０２：テーブル、２００：ＵＩ部、２１０：入力装置、２２０：出力装置、３００：計測部、３１０：Ｘ線照射部、３１１：Ｘ線管、３１２：Ｘ線フィルタ、３１３：ボウタイフィルタ、３２０：Ｘ線検出部、３２１：Ｘ線検出器、３２２：検出素子、３３０：ガントリ、３３１：開口部、３３２：回転板、３４０：制御部、３４１：照射制御器、３４２：ガントリ制御器、３４３：テーブル制御器、３４４：検出制御器、４００：演算部、４０１：中央処理装置、４０２：メモリ、４０３：ＨＤＤ装置、４０４：マップ補正部、４０５：撮像部、４０６：補正部、４０７：画像生成部、４０８：物質弁別部、４０９：マップ格納部、４１０：物質弁別マップ
Claims (11)
- フォトンカウンティングＣＴ装置であって、
撮像空間にＸ線を照射するＸ線管と、前記撮像空間を通過した複数のＸ線フォトンをそのエネルギーレベルに応じて複数のエネルギー帯域ごとに計数するＸ線検出器と、
２種以上の所定の物質のそれぞれの厚さを複数種類に異ならせ、それらの組み合わせについて予め求めておいた、複数のエネルギー帯域の計数値を示す物質弁別マップを格納するマップ格納部と、
前記撮像空間に被写体が配置された状態で前記Ｘ線検出器が複数の前記エネルギー帯域について計数した計数値に対応する２種以上の前記物質の厚さの組み合わせを、前記物質弁別マップを参照して求める物質弁別部と、
前記物質弁別マップを予め定めた補正タイミングで補正するマップ補正部とを有し、
前記補正タイミングは、前記被写体の撮像前、撮影中、撮像後、および、当該フォトンカウンティングＣＴ装置のスイッチを入れたタイミングのいずれかであり、
前記マップ格納部には、前記物質弁別マップの２種以上の前記物質とは異なる２種以上の所定の補正用物質の、それぞれの厚さを複数種類に異ならせ、それらの組み合わせごとに、複数のエネルギー帯域の計数値を予め求めて事前生成しておいた補正用物質マップが、予め格納されており、
前記マップ補正部は、前記予め定めたタイミングにおいて、前記Ｘ線管から照射されたＸ線が通過する位置に被写体を配置しない空の状態、および／または、前記Ｘ線管から照射されたＸ線が通過する位置に２種以上の前記補正用物質のうちの１種類以上の前記補正用物質を配置した状態で、前記Ｘ線管からＸ線を照射し、上記各状態で前記複数のエネルギー帯域ごとにＸ線フォトンを計数して計数値を実測することにより、前記補正用物質マップ内の少なくとも２か所の、２種以上の前記補正用物質の厚さの組み合わせについて、複数のエネルギー帯域の計数値を実測して、現時点の前記補正用物質マップを生成し、
前記マップ補正部は、事前生成の前記補正用物質マップの計数値と、現時点の前記補正用物質マップの計数値とを比較し、比較結果に応じて、前記物質弁別マップの計数値を補正する
ことを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置。 - 請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置であって、前記マップ補正部は、前記Ｘ線検出器を用いて、前記被写体の撮像前、または、撮像後のタイミングで、前記補正用物質マップの現時点の計数値を実測することを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置。
- 請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置であって、前記マップ補正部は、前記Ｘ線管から照射され、前記撮像空間の外側を通過するＸ線が到達する位置に配置された、Ｘ線フォトンを計数する参照用検出器を有し、前記被写体の撮像前、撮影中および撮像後のいずれかのタイミングで、前記補正用物質マップの現時点の計数値を実測することを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置。
- 請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置であって、前記２種以上の補正用物質は、元素または組成が異なる２種類以上の物質であるか、または、前記２種以上の補正用物質は、形状が２種類以上に異なる物質である、ことを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置。
- 請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置であって、前記マップ補正部は、前記撮像空間に被写体を配置しない空の状態と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器との間に所定の厚さの第１の補正用物質を配置した状態と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器との間に所定の厚さの第２の補正用物質を配置した状態の３条件においてそれぞれ、前記Ｘ線管からＸ線を照射して前記複数のエネルギー帯域ごとに計数して前記補正用物質マップの現時点計数値を実測し、前記３条件においてそれぞれ実測した前記補正用物質マップの現時点計数値を用いて、現時点の前記補正用物質マップを生成することを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置。
- 請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置であって、前記物質弁別マップは、前記撮像空間に被写体を配置しない空の状態で前記Ｘ線管からＸ線を照射して前記複数のエネルギー帯域ごとに計数した計数値と、２種以上の前記物質のそれぞれの厚さを複数種類に異ならせてその組み合わせを前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器との間に配置した状態でそれぞれ前記Ｘ線管からＸ線を照射して前記複数のエネルギー帯域ごとに計数した計数値と、を用いて生成されたものであることを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置。
- 請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置であって、前記物質弁別マップの前記２種以上の物質の厚さには、厚さゼロが含まれていることを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置。
- 請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置であって、前記マップ補正部は、前記撮像空間に被写体を配置しない空の状態、および、１種以上の補正用物質をＸ線が通過する位置に配置した状態で、それぞれ実測した計数値データを、２種以上の補正用物質の厚さを異ならせて組み合わせたマップの計数値データとして用い、計数値データがない厚さの組み合わせについては、補間および／または外挿により計測値データを求め、現時点の前記補正用物質マップを生成することを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置。
- 請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置であって、前記マップ補正部は、前記補正用物質として、円筒状の樹脂製ファントムを用いることを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置。
- 請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置であって、前記マップ補正部は、学習済みの学習モデルを含み、前記補正用物質マップの現時点の計数値を入力データとして前記学習モデルに入力し、補正後の前記物質弁別マップを出力データとして取得することを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置。
- 所定の２種以上の物質のそれぞれの厚さを複数種類に異ならせ、それらの組み合わせについて、予め求めておいた、フォトンカウンティングＣＴ装置の複数のエネルギー帯域の計数値を示す物質弁別マップ、の前記計数値を予め定めた補正タイミングで補正する方法であって、
前記予め定めたタイミングにおいて、前記フォトンカウンティングＣＴ装置の撮像空間に被写体を配置しない空の状態、および／または、Ｘ線管から照射されたＸ線が通過する位置に、前記物質弁別マップの２種以上の前記物質とは異なる２種以上の所定の補正用物質のうちの１種以上の前記補正用物質を配置した状態で、Ｘ線管からＸ線を照射して、上記各状態で複数のエネルギー帯域ごとＸ線フォトンを計数して補正用計数値を実測することにより、２種以上の前記補正用物質の、それぞれの厚さを複数種類に異ならせ、それらを組み合わせた補正用物質マップ内の少なくとも２か所について、複数のエネルギー帯域の計数値を実測して、前記補正用物質マップを現時点で生成するステップと、
事前に生成しておいた前記補正用物質マップの計数値と、現時点の前記補正用物質マップの計数値とを比較し、比較結果に応じて、前記物質弁別マップの計数値を補正するステップと有し、
前記補正タイミングは、前記被写体の撮像前、撮影中、撮像後、および、前記フォトンカウンティングＣＴ装置のスイッチを入れたタイミングのいずれかであることを特徴とするフォトンカウンティングＣＴ装置の物質弁別マップの補正方法。
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